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1、有色金属行业基础知识1.概述1.1 有色金属的分类有色金属是指铁、铬、锰三种金属以外所有的金属，包括：铜、铝、 铅、锌、镍等常用金属；钨、钼、锡、锑等稀有金属；金、银等贵金属 铈、镧等稀土金属，以及硅、硒等半金属，共计 64 种元素。国际上的研究机构大多数都将有色金属分为基本金属(Basemetals)、贵金属(Preciousmetals)、小金属(Minormetals)、稀 土金属(rare earthmetal)和半金属(semimetal)。基本金属包括铜、 铝、铅、锌、锡、镍六种金属；贵金属包括金、银、铂、钯、钌、铑、 锇、铱；小金属主要包括钨、钼、锑、钛、镁等；稀土金属包括包括镧
2、 系元素及性质相近的钪和钇，共17 种元素。1.2 有色金属的生产过程有色金属的生产，包括地质勘探、采矿、选矿、冶炼和加工等过程。 地质勘探：“地质勘探”即是通过各种手段、方法对地质进行勘查、 探测，需找、发现有工业意义的有色金属矿床，并查明矿产的质和量， 以及开采利用的技术条件，提供矿山建设设计所需要的矿产储量和地质 资料。采矿：采矿是自地壳内或地表选择性地采集和搬运矿石的过程。绝 大部分矿床用普通机械化方法开采。机械化开采又分为露天开采(包括 矿石和砂矿）和地下开采两大类。露天开采将矿体上覆的岩层剥离，然 后自上而下顺次开采矿体。露天矿敞露地表，可以使用大型采矿机械， 作业较安全，矿石损失
3、少，贫化率低，生产能力大，采矿成本低，大型 贫铁矿床和建筑材料矿床多用此法。当矿体赋存深度大，矿体厚度小, 剥离工作量很大,其经济效益低于地下开采或需要保护地表和景观时， 则用地下开采方法。赋存条件复杂，工业储量较小的有色和稀有金属矿 床多用此法。采矿的主要生产过程包括：采准：在已经开拓完毕的矿床里，按 开采方法的要求掘进采准巷道，将阶段划分成矿块作为独立的回采单 元。回采：将矿石崩落破碎，装入运输容器。地下回采包括落矿、出 矿作业；露天回采包括穿孔、爆破和采装作业。运输：将装入运输容 器的矿石运交选矿厂或矿仓。选矿：用物理或化学方法将矿物原料中的有用矿物和无用矿物（通 常称脉石）或有害矿物分
4、开，或将多种有用矿物分离开的工艺过程，又 称“矿物加工”。选矿的主要生产过程包括：破碎：将矿山采出的矿块碎裂至粒度 为525mm的过程。磨碎：以研磨和冲击为主。将破碎产品磨至粒度 为10300 um大小。筛分和分级：按筛面筛孔的大小将物料分为不 同的粒度级别称筛分，常用于处理粒度较粗的物料。按颗粒在介质（通 常为水）中沉降速度的不同，将物料分为不同的等降级别，称分级，用 于粒度较小的物料。筛分和分级是在粉碎过程中分出合适粒度的物料， 或把物料分成不同粒度级别分别入选。选别作业：矿物原料经粉碎作 业后进入选别作业，使有用矿物和脉石分离，或使各种有用矿物彼此分 离。选别作业的产品中，有用成分富集的
5、称精矿，是冶炼业提取金属的 原料；无用成分富集的称尾矿；有用成分的含量介于精矿和尾矿之间， 需进一步处理的称中矿。铎矿.金、银匕铜伏 萤石零矿浮选工艺原虻石報武斌卿i (in)第或鹹殆核i細)浮堆机揑莽縮冶炼：冶炼是用焙烧、熔炼、电解以及使用化学药剂等方法把矿石 中的金属提取出来的过程。有色金属冶炼过程，通常分为火法冶金、湿法冶金和电冶金。火法 冶金一般具有处理精矿能力大，能够利用硫化矿中硫的燃烧热,可以经 济地回收贵金属、稀有金属等优点；但往往难以达到良好的环境保护。 湿法冶金常用于处理多金属矿、低品位矿和难选矿；电冶金则适用于铝、 镁、钠等活性较大的金属的生产。这些方法要针对所处理的矿物组
6、成选 择使用或组合使用。加工：将有色金属或合金制成棒、线、板、带、条、管、箔等形状 的材料的过程。有色金属的加工有轧制、挤压及拉伸等多种方法。2. 有色金属的产业链有色金属上游产业链包括有色金属采选业以及电力和煤炭等辅助产 业；中游为有色金属冶炼及加工业；下游涉及到国民经济各个领域，主 要有房地产、汽车、电力、家电、交通运输、军工等领域。不同的有色 金属品种，由于具有不同的物理化学属性和不同的用途，其产业链也具 有各自不同的特点。2.1 铅锌行业产业链铅锌行业产业链的分布，上游主要是采矿、选矿以及辅助材料生产、 能源供应等，中游为铅锌冶炼、加工，下游为应用领域。我国是铅锌资 源丰富国家，因此，
7、上游产业比较发达，全国铅锌矿山数量也比较多。 值得强调的是铅锌矿大多伴生，在行业里也成为姊妹金属，尤其是在上 游，几乎是不可分割的。我国铅锌冶炼行业比较发达，冶炼方法非常全 面，从古老到现代几乎都可以找到，目前和发达国家的冶炼技术差距正 在缩小。由于铅锌加工业范围比较窄，和铜、铝相比加工业是这个行业 产业链比较薄弱的环节。铅主要用途是蓄电池生产，加工产业链非常单 一。锌的主要用途是防腐蚀，生产热镀锌产品在加工中占有重要地位， 其余部分比较小；铅的下游领域主要是汽车以及提供备用电源的银行、 电信等领域，也有部分用作防辐射，可见其下游应用范围非常窄。虽然 锌的加工业也不是很发达，但下游应用领域还是
8、比较广，基础设施建设 领域都少不了锌的参与，电力、铁路、公路、建筑等很多领域都有锌的 应用，其在防腐领域占有不可替代地位，此外，在电池、电子、五金器 件等领域，锌也有重要应用。铅锌副銦产品，如硫酸、黄金、白银、 锗、铋等也在国民经济建设中发挥重要作用。2.1.1 铅冶炼炼铅的原料主要是硫化铅矿，采出的矿石品位一般低于 3,须经选 矿得到铅精矿再行冶炼。铅精矿一般成分为：铅4075%,锌110%, 硫1620%，还常含有银、铜、铋、砷、锑等伴生或共生金属。硫化铅精矿炼铅主要包括烧结焙烧、鼓风炉熔炼等过程。(1) 烧结焙烧：使精矿中的PbS氧化为PbO,并烧结成块。烧结块 含铅 4050%，含硫低
9、于 2%。一部分二氧化硫浓度高的焙烧烟气可用 于生产硫酸。(2) 还原熔炼：将破碎成 100 毫米左右的烧结块配以10%左右的焦 炭装入鼓风炉，从炉的下部鼓入空气或预热空气(250450C )或富氧 空气，使焦炭燃烧，保持风口区的温度在1300C左右，含有CO的高温 烟气在炉内向上运动,在此过程中,使炉料中的氧化铅还原成铅,氧化 铁等形成炉渣。液体铅和炉渣流入炉缸，进行分离。铅液在向下流动过 程中捕集金、银、铜、铋等金属。所得含铅约98%的粗铅，送往精炼。 炉渣含锌高时，经烟化炉处理回收锌、铅。3)粗铅精炼：分火法精炼和电解精炼。火法精炼的基建投资省， 生产费用低，为世界许多炼铅厂采用；电解精
10、炼除铋效果好，粗铅含铋 高时，宜采用电解精炼。(4)火法精炼：包括熔析精炼和加硫除铜。熔析是利用铜在铅中 的溶解度随温度的降低而减小的特性，降温除去部分铜，加硫是使铜生 成Cu2S进一步除去。经过这两段作业，铅中含铜可降至0.0010.002%。碱性精炼除砷、锡、锑。除铜后的铅液不断流经熔融的氢 氧化钠和氯化钠，同时加入硝石(NaN03)作氧化剂，使砷、锡、锑分别 氧化生成砷酸钠(Na3AsO4)、锡酸钠(Na2SnO3)和锑酸钠(Na3SbO4),溶于 氢氧化钠和氯化钠的混合熔体中而与铅分离。加锌除银。加锌于含银 的铅液，生成浮于铅液表面的“银锌壳”。银锌壳一般比粗铅含银高 20 倍，是提取
11、银的原料。铅液中残存的锌(0.60.7%),可用碱性精炼法或 氯化精炼法除去。真空蒸馏除锌法也已被一些工厂采用。加钙、镁除 铋。在一定温度下铋与钙可生成Bi2Ca3和Bi3Ca,铋与镁可生成Bi2Mg3, 此法可使铅中的铋降至0.010.02%。火法精炼作业都可在铸铁制的精炼锅内进行。氧化法除锌也可使用 反射炉。(5)电解精炼：粗铅中的铜、锡等杂质,对电解有害,电解前先用 火法初步精炼，以除去铜、锡。电解时阳极中须含有千分之几的锑，以 便使阳极泥致密而不脱落，故在铸造阳极前须调整铅液中的含锑量。电 解以火法初步精炼的粗铅为阳极 ,以电解精铅薄片为阴极,在硅氟酸铅 和硅氟酸溶液中进行。6)炼铅新
12、工艺：由于 PbS 熔点低而造成的焙烧脱硫困难,要求烧 结机进料含硫保持在57%,为此需配入3.54倍于原料量的返粉，这 就不仅降低了设备能力，同时也限制了烟气二氧化硫浓度的提高，为二 氧化硫的回收带来困难，而且返粉的制备须经烧结块冷却、多段破碎、 运输、配料等过程，从而加剧了铅尘和烟气对环境的污染。为此, 60年 代以来,许多国家先后研究了多种直接处理铅精矿产出粗铅的新方法 , 以取代传统的烧结机-鼓风炉流程。基夫塞特法(KIVCET)氧气闪速 熔炼、电炉贫化炉渣，正在建设生产厂。氧化顶吹旋转转炉(TBRC)炼铅 方法，已为瑞典的炼铅厂所米用。氧气底吹炼铅法(QSL)正在进彳丁工业 试验，奥
13、托昆普(Outokumpu)闪速熔炼炼铅法氧气闪速熔炼、电炉 插以还原喷枪贫化炉渣，已完成中间试验工厂。此外，用氯盐浸出铅精 矿的湿法炼铅的研究也取得了一些进展。(7)再生铅：蓄电池用铅量在铅的消费中占很大比例，因此废旧 蓄电池是再生铅的主要原料。有的国家再生铅量占总产铅量的一半以 上。2.1.2 锌冶炼用硫化锌精矿炼锌的方法有火法和湿法。火法炼锌是将硫化锌精矿 经焙烧使硫化锌转变为氧化锌，然后在高温、强还原气氛中，用碳质还 原剂还原产出锌蒸气，经过冷凝得到金属锌。目前，火法炼锌主要为竖 罐蒸馏法和鼓风炉法。由于环境保护要求日趋严格、能源价格上涨等原 因，横罐法已接近淘汰，竖罐法产锌量逐渐下降
14、，70 年代以来，鼓风炉 炼锌(ISP)处于停滞状态，有的已停产或转而炼铅。湿法炼锌则不断发 展，近十年来新建的炼锌厂均采用湿法。湿法炼锌主要有焙烧、浸出、浸出液净化和电积等工序。锌精矿焙 烧后用电解废液进行中性浸出，使大部分氧化锌溶解，得到的矿浆分离 出上清液和底流矿浆。上清液净化后电积产出金属锌，熔铸成锭。底流 矿浆进行酸性浸出以溶解残余的氧化锌，酸性浸出液返回到中性浸出； 含锌约 20的酸性浸出渣，须进一步处理，传统方法采用回转窑挥发， 回收其中的锌、铅和部分稀散金属。2.2 铜行业产业链铜的采选工艺和铅锌的采选工艺大同小异，虽然我国铜资源量和全 球其他国家比不具备优势，而且每年进口大量
15、铜精矿，但采选业还算发 达，只是堆浸工艺没有得到很好应用，和国际有差距。我国铜冶炼能力在全球占有重要地位，铜加工业非常发达，板、带、 管、杆、箔、合金件等等，品种非常多，其加工业企业家数远超过冶炼 业。铜的下游产业链也非常发达，几乎涉及到工业制造的各个领域，大 到建筑、交通运输、电力、电子，小到家用电器、空调制冷、包装、五 金件等等，都是铜下游产业延伸领域。2.2.1 铜冶炼从铜矿中开采出来的铜矿石，经过选矿成为含铜品位较高的铜精矿 或者说是铜矿砂，铜精矿需要经过冶炼提取,才能成为精铜及铜制品。 目前，世界上铜的冶炼方式主要有两种：即火法冶炼与湿法冶炼。（1）火法:通过熔融冶炼和电解精炼生产出
16、阴极铜，也即电解铜，一 般适于高品位的硫化铜矿。除了铜精矿之外,废铜做为精炼铜的主要原 料之一，包括旧废铜和新废铜，旧废铜来自旧设备和旧机器，废弃的楼 房和地下管道；新废铜来自加工厂弃掉的铜屑（铜材的产出比为 50%左 右）,一般废铜供应较稳定，废铜可以分为：裸杂铜:品位在90%以上；黄 杂铜（电线）:含铜物料（旧马达、电路板）；由废铜和其他类似材料生产 出的铜，也称为再生铜。（2）湿法:一船适于低品位的氧化铜，生产出的精铜称为电积铜。（3）其他工业炼铜方法：三菱法（Mi tsubishi process）：将硫化铜精矿和熔剂喷入熔炼炉 的熔体内，熔炼成冰铜和炉渣，而后流至贫化炉产出弃渣，冰铜再流至 吹炼炉产出粗铜。此法于1974年投入生产。诺兰达法（Noranda process）:制粒的精矿和熔剂加到一座圆筒型 回转炉
